1、分 子 生 物 學,Molecular Biology,主講人：薛 慧 良,2020/7/31,2,主要參考書目： 分子生物學 閻隆飛主編 中國農(nóng)業(yè)大學出版社 1997 現(xiàn)代分子生物學（第1版） 朱玉賢、李毅 編著 高等教 育出版社 1997 現(xiàn)代分子生物學（第2版） 朱玉賢、李毅 編著 高等教 育出版社 2002 生物化學與分子生物學高級教程 周虹主編 科學出版 社出 版 2002,2020/7/31,3,第一章 緒論,一、分子生物學的基本含義,二、分子生物學的發(fā)展簡史,三、分子生物學的主要研究內(nèi)容,四、分子生物學的現(xiàn)狀和展望,2020/7/31,4,一、分子生物學的基本含義,從廣義來講，分

2、子生物學是從分子水平闡明生命現(xiàn)象和生物學規(guī)律的一門新興的邊緣學科。它主要對 蛋白質(zhì)及核酸等生物大分子結(jié)構(gòu)和功能以及遺傳信息的傳遞過程進行研究。,2020/7/31,5,從狹義來講，分子生物學的范疇偏重于核酸（或基因）的分子生物學，主要研究基因或DNA的復制、轉(zhuǎn)錄、表達和調(diào)節(jié)控制等過程，當然其中也涉及與這些過程有關(guān)的蛋白質(zhì)和酶的結(jié)構(gòu)與功能的研究。,2020/7/31,6,二、分子生物學的發(fā)展簡史,第一階段：分子生物學發(fā)展的萌芽階段,第二階段：分子生物學的建立和發(fā)展階段,第三階段：分子生物學的深入發(fā)展和應用階段,2020/7/31,7,一、創(chuàng)世說與進化論 創(chuàng)世說: 上帝創(chuàng)造了亞當、夏娃，婚配產(chǎn)生了

3、人類。 進化論：達爾文的物種起源，確立了進化論的觀點。物競天擇，自然生存。,第一階段：分子生物學發(fā)展的萌芽階段,2020/7/31,8,二、細胞學說,17 世紀末，荷蘭籍顯微鏡學家Leeuwenhoek制造了世界上第一臺光學顯微鏡； 19世紀，德國植物學家Schleiden和動物學家Schwann建立了細胞學說。動、植物的基本單元是細胞。,2020/7/31,9,三、經(jīng)典生物化學與遺傳學,2020/7/31,10,1871年，瑞士醫(yī)生Miescher從死的白細胞 核中分離出脫氧核糖核 酸（DNA）；,四、DNA的發(fā)現(xiàn),The discovery of DNA J.F.Miescher(1868

4、),2020/7/31,11,轉(zhuǎn)化實驗,1928年，Griffith做了腦炎鏈球菌轉(zhuǎn)化實驗，發(fā)現(xiàn)肺炎鏈球菌（Pneumococcus）的無毒菌株與其被殺死的有毒菌株混合，即變成致病菌株 ；,2020/7/31,12,1944年，Avery等人發(fā)現(xiàn)從致病力強的光滑型（S型）肺炎提取的DNA能使致病力弱的粗糙型（R型）轉(zhuǎn)化成S型。,2020/7/31,13,1952年，Hershey和Chase噬菌體浸染細菌的實驗,2020/7/31,14,1、DNA結(jié)構(gòu)的研究,1949年，Chargaff規(guī)律：A=T, G=C；A+T/G+C,19501952年，Wilkins用X射線衍射技術(shù)測定了DNA纖維的

5、結(jié)構(gòu)，它的衍射圖像表明DNA具有典型的螺旋結(jié)構(gòu)，并且由兩條以上的多核苷酸鏈構(gòu)成；,1953年，Pauling曾經(jīng)提出DNA分子具有雙股螺旋的設(shè)想； 同年，Watson和Crick提出了DNA的雙螺旋模型。,第二階段：分子生物學的建立和發(fā)展階段,2020/7/31,15,Watson,Crick,Wilkins,X射線衍射,雙螺旋結(jié)構(gòu),2020/7/31,16,James Watson and Francis Crick, and the model they built of the structure of DNA,2020/7/31,17,雙鏈反向平行 以53為正方向， 從兩端看結(jié)構(gòu)相同。

6、,2020/7/31,18,第二階段：分子生物學的建立和發(fā)展階段,2、遺傳信息傳遞中心法則的建立,1958年，Meselson與Stahl的實驗證明，DNA復制時 DNA分子的兩條鏈先行分開。他們用15N重同位素 及密度梯度超速離心證明了DNA的復制是一種半保 留復制。,1956年，Kornber在大腸桿菌的無細胞提取液中實現(xiàn) 了DNA的合成，并從E.col中分離出DNA聚合酶；,2020/7/31,19,三種可能的方式： 全保留復制（conservative replication） 半保留復制（semiconservative replication） 彌散復制（dispersive re

7、plication）,DNA復制的半保留性,2020/7/31,20,實驗結(jié)果表明： DNA復制是以半保留方式進行的。,母鏈中的全部置換為 15N，然后讓E. coli在僅含有 14N的培養(yǎng)基上進行復制.(,Meselson & Stahl, 1958 ),2020/7/31,21,1954年，Crick提出了中心法則,2020/7/31,22,1961年，Yanofsky和Brener提出了三聯(lián)體（triplet）的設(shè)想，即三種堿基編碼一種氨基酸； 1963年，Nirenberg及Matthai的努力研究，編碼氨基酸的遺傳密碼終于得到破譯；,2020/7/31,23,1963年，Nirenb

8、erg發(fā)展了大腸桿菌無細胞蛋白質(zhì)合成體系。,But,In vitro Poly(U) poly(Phe) peptide Poly(C) poly(Pro) peptide Poly(A) poly(Lys) peptide Poly(G) poly(Gly) peptide,poly(UCUCUC) poly(Ser-Leu-Ser-Leu),UCU/CUC Ser/Leu ?,密碼子的破譯,2020/7/31,24,核糖體結(jié)合實驗,核糖體結(jié)合試驗破譯密碼子的核苷酸順序。 人工合成的三核苷酸與對應的氨酰-tRNA分子及核糖體復合物可以保留在硝酸纖維膜上。,2020/7/31,25,密碼表,2

9、020/7/31,26,1953年，Zamecnik及其同事就開始在無細胞系統(tǒng)中利用放射性同位素標記的氨基酸研究蛋白質(zhì)合成過程。,1965年，法國科學家Jacob和Monod提出并證實了操縱子作為調(diào)節(jié)細菌細胞代謝的分子機 制，同時還首次提出了mRNA分子。,2020/7/31,27,1970年,Smith從E.coli中分離出第一個能切割DNA的酶，由于它能在DNA核苷酸序列的專一位點上切割DNA分子，他將這種酶稱為限制性酶（restrition enzyme）。,1970年，Temin 和Baltimore首次分別發(fā)現(xiàn)反轉(zhuǎn)錄酶（reverse transcriptase），該酶以RNA為模板

10、催化DNA的合成。,2020/7/31,28,1972年Berg首次將用限制性內(nèi)切酶切割的不同DNA片段用連接酶連接起來，并將這個重組的DNA分子有效地插入到細菌細胞中，重組的DNA進行繁殖，于是產(chǎn)生了重組DNA的克?。–lone）。,2020/7/31,29,1977年，Sanger及Gilbert分別解決了DNA分子中堿基序列（DNA sequence）的復雜問題。Sanger采用的是酶法，Gilbert采用化學法。他們將DNA分子中堿基的序列準確地測定出來，使我們對基因甚至基因組的結(jié)構(gòu)得到了解。,2020/7/31,30,中 心 法 則,2020/7/31,31,第三階段：分子生物學的深

11、入發(fā)展和應用階段,1、重組技術(shù)的建立和發(fā)展 2、基因組研究的發(fā)展 3、功能基因組研究的發(fā)展 4、基因表達調(diào)控機理的研究,2020/7/31,32,三、分子生物學的主要研究內(nèi)容,DNA重組技術(shù),基因表達調(diào)控研究,生物大分子結(jié)構(gòu)與功能的研究,基因組、功能基因組與生物信息學研究,2020/7/31,33,DNA重組技術(shù),概念：DNA重組技術(shù)（又稱基因工程）是將DNA片段或基因在體外經(jīng)人工剪接后，按照人們的設(shè)計與克隆用載體定向連接起來，轉(zhuǎn)入特定的受體細胞中與載體同時復制并得到表達，產(chǎn)生影響受體細胞的新的遺傳性狀。,2020/7/31,34,DNA重組技術(shù)的應用前景:,1、可用于大量生產(chǎn)某些在正常細胞代

12、謝過程中產(chǎn)量很低的多肽,2、DNA重組技術(shù)可以改變某些生物的基因組結(jié)構(gòu),3、DNA重組技術(shù)還被用來進行基礎(chǔ)研究,2020/7/31,35,基因表達調(diào)控研究,信號轉(zhuǎn)導是指外部信號通過細胞膜上的受體蛋白傳到細胞內(nèi)部，并激發(fā)諸如離子通透性、細胞形狀或其它細胞功能方面的應答過程。,轉(zhuǎn)錄因子是指一群能與基因5端上游特定序列專一結(jié)合，從而保證目的基因以特定強度在特定時間和空間表達的蛋白質(zhì)分子。,2020/7/31,36,RNA的選擇性剪切是指所有基因中的內(nèi)含子并不是一次全部切去，而是在不同的細胞或不同的發(fā)育階段選擇性剪切部分內(nèi)含子，生成不同的mRNA及蛋白質(zhì)分子。,2020/7/31,37,生物大分子結(jié)構(gòu)

13、與功能的研究,結(jié)構(gòu)分子生物學就是研究生物大分子特定空間結(jié)構(gòu)及結(jié)構(gòu)的運動變化與其生物學功能關(guān)系的科學。,研究三維結(jié)構(gòu)及其運動規(guī)律的手段： 1、X射線衍射的晶體學（又稱蛋白質(zhì)晶體學） 2、二維或多維核磁共振研究液相結(jié)構(gòu) 3、電子衍射、中子衍射和各種頻譜學方法,2020/7/31,38,基因組、功能基因組及生物信息學研究,基因組：指某種生物單倍體染色體中所含有基因的總數(shù)，也就是包含個體生長、發(fā)育等一切生命活動所需的全部遺傳信息的整套核酸。,功能基因組：又稱后基因組，是在基因組計劃的基礎(chǔ)上建立起來的，它主要研究基因及其所編碼蛋白質(zhì)的結(jié)構(gòu)和功能，指導人們充分準確地利用這些基因的產(chǎn)物。,2020/7/31,39,生物信息學：是生物科學和信息科學重大交叉的前沿學科，它依靠計算機對所獲得數(shù)據(jù)進行快速高效計算、統(tǒng)計分類以及生物大分子結(jié)構(gòu)功能的預測。,2020/7/31,40,分子生物學,分子結(jié)構(gòu)生物學 分子發(fā)育生物學 分子神經(jīng)生物學 分子育種學 分子腫瘤學,分子細胞生物學 分子免疫學 分子病毒學 分子生理學 分子考古學,分子遺傳學 分子數(shù)量遺傳學 分子生態(tài)學 分子進化學 .,分子生物學的延伸,分子生物學已經(jīng)滲透到生物學的幾乎所有領(lǐng)域 分子生物學已經(jīng)成為生命科學領(lǐng)域的